卫星导航SoC设计验证平台的研究与实现

论文摘要

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的蓬勃发展,卫星定位、导航、授时等服务的需求日趋强烈、相关应用日趋广泛,因此导航接收机的软硬件算法与系统架构复杂度不断提升,相关的设计验证工作流程也日趋繁杂。另一方面,随着集成电路技术的发展,功能高度集成的片上系统（System-on-Chip,SoC）芯片成为电子产品市场的主流产品方案。因此,研发面向卫星导航系统级芯片的自动化设计验证工具具有重要的意义。本文面向导航应用需求、以GPS导航系统与GPS接收机为研究对象、针对导航接收机算法级设计和板级验证工作,提出了导航SoC设计与验证平台的概念,并在平台基本框架的设计实现上做出探索。本文从该平台的两个功能方面介绍了设计思路与实现方法,具有以下3点设计成果:●在导航接收机算法级设计功能方面,本文在总结GPS导航接收机的算法特点、典型模块划分和系统结构的基础上,基于面向对象的分析与设计（OOA&OOD）思想,设计与实现了一套用于建立GPS导航接收机仿真模型的编程框架和算法库。该编程框架与算法库能够辅助算法设计人员快速开发具备易扩展性、可重用性、可移植性和可维护性的接收机软件代码,同时兼容使用SystemC设计的硬件行为级建模。●在导航接收机板级验证方面,本文设计实现了一套导航接收机测试分析软件。该软件使用卫星信号模拟技术生成丰富的测试激励,针对导航接收机工作流程和数据特点提供规范的主机测试过程控制、与开发板测试结果反馈功能。●本文使用UML建模语言保证了以上设计工作的规范性,使用软件设计模式加强了平台的结构性和可扩展性。经过试验证明,使用本文实现的导航算法开发框架能够设计实现功能完善的接收机原型,并能够在本文实现的板级验证平台上完成基本的验证工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图录
• 表录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 导航卫星系统的发展和应用前景
• 1.1.2 导航SoC 设计验证工作平台化的意义
• 1.1.3 国内外研究现状
• 1.2 本文的研究内容和意义
• 1.3 论文的组织结构和主要工作
• 第二章 GPS 系统、接收机原理概述与平台整体构思
• 2.1 GPS 原理概述
• 2.1.1 GPS 系统结构
• 2.1.2 GPS 信号体制
• 2.1.3 GPS 信号成分
• 2.1.4 GPS 测量原理
• 2.1.5 GPS 测量误差
• 2.2 GPS 接收机原理与架构
• 2.2.1 GPS 接收机基本原理
• 2.2.2 常见接收机实现架构
• 2.3 导航SoC 设计验证平台的整体构思
• 2.3.1 导航SoC 设计验证需求分析
• 2.3.2 平台整体架构构思
• 2.4 本章小结
• 第三章 导航算法设计平台的设计与实现
• 3.1 设计平台的整体设计描述
• 3.1.1 平台设计思路
• 3.1.2 仿真模型整体架构描述
• 3.1.3 设计模式与UML
• 3.2 仿真模型生成模块的设计与实现
• 3.3 导航算法开发框架的设计与实现
• 3.3.1 接收机顶层设计框架
• 3.3.2 基带信号处理模块设计框架
• 3.3.3 PVT 解算模块设计框架
• 3.4 导航仿真模型算法库的设计
• 3.5 设计平台使用流程与示例
• 3.5.1 基于平台的嵌入式软件开发模式
• 3.5.2 使用流程示例
• 3.6 本章小结
• 第四章 导航SOC 验证平台的设计与实现
• 4.1 验证平台的整体设计描述
• 4.1.1 平台设计思路
• 4.1.2 平台整体设计描述
• 4.2 测试信号驱动模块的设计与实现
• 4.2.1 测试信号生成原理
• 4.2.2 测试信号驱动模块设计描述
• 4.2.3 信号逼真度的增强性设计和相关优化
• 4.2.4 测试信号驱动的正确性与精确度验证
• 4.3 测试流程控制的设计与框架功能实现
• 4.3.1 测试用户层的设计与实现
• 4.3.2 测试对象层的设计与实现
• 4.3.3 数据通信协议设计与测试流程实现
• 4.4 验证平台使用流程与示例
• 4.4.1 验证平台使用流程
• 4.4.2 使用流程示例
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 附件